隧道斷層破碎帶施工技術(shù)

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東風(fēng)隧道是朔黃鐵路線上第四長大隧道，系雙線隧道，全長3290m，我部施工出口端DIK47+610-DIK48+974段，長1364m.其中 DIK47+880-Dm48+040段通過Ⅱ類圍巖斷層破碎帶，巖性主要為片巖、頁巖、砂巖且夾薄層泥灰?guī)r，節(jié)理、層理及裂隙發(fā)育，層面交錯，風(fēng)化極為嚴(yán)重，呈壓碎狀態(tài)，致使圍巖自穩(wěn)能力極差，成型困難。
    針對上述情況，結(jié)合施工生產(chǎn)要素及施工生產(chǎn)能力，按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、不 （弱）爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測量、速反饋”的施工原則，在拱部超前小管棚注漿預(yù)固結(jié)圍巖的保護(hù)下，采用三部臺階法進(jìn)行施工。拱部預(yù)留核心土，周邊采用風(fēng)鎬開挖，核心土及中槽運(yùn)用PC200挖掘機(jī)開挖。
    一、超前小管棚施工
    1.1　工藝原理在破碎松散巖體中超前鉆孔，打入小導(dǎo)管并壓注具有膠凝性質(zhì)的漿液，漿液在注漿壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結(jié)、膠化，形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B阻水能力的以漿膠為骨架的固結(jié)體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性和穩(wěn)定性；使超前小管棚與固結(jié)體形成一個具有一定強(qiáng)度的殼體，在殼體的保護(hù)下進(jìn)行開挖支護(hù)施工。
    1.2　小管棚及注漿設(shè)計采用4m/根的∮42mm小導(dǎo)管布設(shè)在拱部，外插角5°～7°，環(huán)向間距33cm，縱向環(huán)距2.5m，即每施作一排小導(dǎo)管，開挖支護(hù)2.5m；壓注1：1水泥漿液，采用525#普通硅酸鹽水泥，漿液中摻水泥用量 3～5％的40Be‘水玻璃，以縮短漿液的膠化固結(jié)時間，控制漿液的擴(kuò)散范圍。
    1.3　施工要點(diǎn)
    1.3.1　小導(dǎo)管加工4m／根的∮42mm小鋼管一端加工成尖錐形，距另一端100cm的位置開始至尖錐端之間按梅花型間距為20cm布設(shè)∮6mm的孔眼4排，以利于小導(dǎo)管推進(jìn)和漿液滲入破碎巖體。
    1.3.2　小導(dǎo)管安設(shè)如巖體松軟，采用YT-28型風(fēng)動鑿巖機(jī)直接推送，如遇夾有堅硬巖石處，先用YT-28型風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆眼成孔后再推進(jìn)就位。
    在施作小導(dǎo)管前應(yīng)注意：
    第一，噴3～5cm厚混凝土封閉掌子面作為止?jié){墻，為注漿作好準(zhǔn)備工作；
    第二，準(zhǔn)確測量隧道中心線和高程，并按設(shè)計標(biāo)出小導(dǎo)管的位置，誤差±15mm；
    第三，用線繩定出隧道中心面，隨時用鋼尺檢查鉆孔或推進(jìn)小導(dǎo)管的方向，以控制外插角達(dá)到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)；
    第四，施工順序為從兩側(cè)拱腰向拱頂進(jìn)行，為提前注漿留好作業(yè)空間。
    1.3.3　注漿選用UB6型注漿泵注漿，采用漿液攪拌桶制漿。為防止?jié){液從其他孔眼溢出，注漿前對所有孔眼安裝止?jié){塞，注漿順序從兩側(cè)拱腳向拱頂。由于巖體孔隙不均勻，考慮風(fēng)鎬環(huán)形開挖的方便，同時要達(dá)到固結(jié)破碎松散巖體的目的，保證開挖輪廓線外環(huán)狀巖體的穩(wěn)定，形成有一定強(qiáng)度及密實(shí)度的殼體，特別是確保兩側(cè)拱腳的注漿密實(shí)度和承載力，采取注漿終壓（0.8～1.2MPa）和注漿量雙控注漿質(zhì)量，拱腳的注漿終壓高于拱腰至拱頂。通過現(xiàn)場試驗確定拱腳終壓為1.2MPa，拱腰范圍為1.0MPa，拱頂為0.8MPa.注漿時相鄰孔眼需間隔開，不能連續(xù)注漿，以確保固結(jié)效果，又達(dá)到控制注漿量的目的。
    二、開挖為控制超欠挖及減少對圍巖的擾動，拱部弧形及邊墻周邊均采用風(fēng)鎬分臺階開挖，核心土及中槽均采用挖掘機(jī)開挖，開挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定性確定為l—2棍鋼格柵的間距，即0.5～1.0m，邊墻按鋼格柵的兩個單元分兩個臺階施工，上下臺階相距2m，左右邊墻錯開2m.
   三、錨噴初期支護(hù)
    3.1  初期支護(hù)參數(shù)系統(tǒng)錨桿采用3m／根的WTD25型中空注漿錨桿，縱向、環(huán)向間距均為100cm，梅花型布置；拱墻設(shè)鋼格柵，間距50cm，鋼格柵每側(cè)拱腳設(shè)4m／根的WTD25中空注漿鎖口錨桿，按梅花型布置在鋼格柵的兩側(cè)，環(huán)向間距50cm；掛∮6雙層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為15cm×15cm，噴射混凝土厚 25cm.
    3.2  噴射混凝土材料及機(jī)具選定
    3.2.1　機(jī)具噴混凝土采用Bz—5型混凝土噴射機(jī)，壓力為0.2～0.4MPa.
    3.2.2　水泥及細(xì)骨科采用425并普通硅酸鹽水泥；細(xì)骨料選用山西原平市忻口砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。
    3.2.3　粗骨科采用規(guī)格為7～15mm的碎石，經(jīng)試驗選用石灰?guī)r生產(chǎn)的各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求的碎石。
    3.2.4　粘稠劑選用STC型粘稠劑，經(jīng)現(xiàn)場試驗，最佳摻量為水泥用量的10％，3min初凝，6min終凝，而且可大量減少回彈量。
    3.2.5　水灰比水灰比過大、過小都會使混凝土回彈量增加，浪費(fèi)大量的材料；經(jīng)現(xiàn)場多次試驗確定，水灰比為o.47的混凝土噴射效果最佳。
    3.3　噴射混凝土開挖后為縮短圍巖的暴露時間，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化，必須先初噴混凝土3～5cm厚再封閉圍巖；待鋼格柵及鋼筋網(wǎng)安設(shè)好后，再噴混凝土10～12cm°；最后在下一循環(huán)噴射混凝土?xí)r分兩次噴射至設(shè)計厚度。
    （1）采用摻STC型粘稠劑半濕式噴射混凝土工藝，減小洞內(nèi)粉塵污染及回彈量。
    （2）噴射前用高壓風(fēng)將巖壁面的粉塵和雜物吹干凈，水泥、粗、細(xì)骨料加少量水，用攪拌機(jī)干拌，水量按水灰比配制混凝土應(yīng)加入水總量的20％；拌好后將干料運(yùn)至噴射作業(yè)點(diǎn)再進(jìn)行人工拌和，并按水泥用量的10％摻入粘稠劑。
    （3）噴射作業(yè)分段、分片由下向上依次分層進(jìn)行，每段長度為3m.為加快混凝土強(qiáng)度的增長速度及提高混凝土的噴射效果，用多盞碘鎢燈提高作業(yè)環(huán)境溫度。
    （4）噴頭噴射方向與巖面偏角小于10°，夾角為45°；噴頭至受噴面距離在0.6～1.0m之間，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動，一般繞圈直徑在0.4m為宜。
    3.4　注漿在初噴混凝土封閉圍巖后按設(shè)計布設(shè)錨桿和注漿。錨桿孔位誤差控制在《鐵路隧道施工規(guī)范》規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)。
    3.4.1　鉆進(jìn)用YT—28型手持式風(fēng)動鑿巖機(jī)鑿孔并清孔，應(yīng)沿徑向進(jìn)行鉆孔，確保錨入穩(wěn)定巖層的深度。
    3.4.2　插入錨桿將安裝好錨頭的WTD25中空注漿錨桿插入錨孔，錨頭上的倒刺立即將錨桿掛住。
    3.4.3  安裝止?jié){塞、墊板、螺母在錨桿尾端安裝止?jié){塞、墊板和螺母。
    3.4.4  注漿通過快速注漿接頭將錨桿尾端和UB6型注漿機(jī)連接。開動機(jī)器壓注1：1水泥漿，摻水泥用量3％的40Be‘的水玻璃，為了保證錨固質(zhì)量及改良圍巖結(jié)構(gòu)，注漿終壓必須達(dá)到0.8MPa. 3.5 掛鋼筋鋼筋網(wǎng)片采用∮6圓鋼，除銹處理后按設(shè)計加工成100cm×200cm的網(wǎng)片；掛設(shè)時網(wǎng)片必須隨受噴面的起伏鋪設(shè)，與受噴面間留3cm作為保護(hù)層，網(wǎng)片與系統(tǒng)錨桿焊接牢固，確保噴射混凝土?xí)r不移動。
    3.6  安設(shè)鋼格柵鋼筋除銹后按設(shè)計要求分節(jié)加工成型，鋼格柵分節(jié)間通過鋼板用螺栓聯(lián)接。
    （1）鋼格柵嚴(yán)格按設(shè)計間距架立。
    （2）為充分發(fā)揮鋼格柵的承載能力，首先要求鋼格柵必須垂直且與線路方向垂直；其次，架立拱部鋼格柵時，嚴(yán)格控制左、右拱腳標(biāo)高，以防拱架偏斜，影響與邊墻鋼格柵架的圓順連接或侵入襯砌厚度。
    （3）為方便拱部鋼格柵與邊墻鋼格柵的連接，在拱腳連接處鋪不小于20cm厚的粗砂或石屑。邊墻鋼格柵底部必須置于基巖上，以防下沉變形。
    四、監(jiān)控量測初期支護(hù)完成后，在拱頂、拱腳及邊墻的內(nèi)軌頂面標(biāo)高處埋設(shè)測點(diǎn)進(jìn)行拱頂下沉和水平收斂量測。測試元件用∮12圓鋼加工而成，每根元件長25cm，錨入初期支護(hù)體20cm，外露5cm，以防震動影響量測結(jié)果。水平收斂量測采用鐵科院武漢巖體力學(xué)研究所研制的收斂儀進(jìn)行觀測。量測頻率開始6h觀測1次，然后根據(jù)變形量的減小而減小量測頻率，即12h、24h、48h、72h、168h，根據(jù)量測結(jié)果及時調(diào)整工序及預(yù)留變形量、開挖進(jìn)尺等，便于指導(dǎo)施工，確保施工安全。量測點(diǎn)每隔5m布設(shè)1組。經(jīng)量測，拱頂最大累計下沉量為11mm，水平最大累計收斂量為13mm.通過對斷層破碎帶采用超前小導(dǎo)管棚預(yù)支護(hù)、人工環(huán)形及周邊開挖技術(shù)和錨噴初期支護(hù)措施，且通過現(xiàn)場監(jiān)控量測得出以下結(jié)論：
    （1）周邊人工開挖可減小對圍巖的擾動，有效控制超欠挖。
    （2）超前小管棚注漿預(yù)支護(hù)，可以大量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度。
    （3）通過現(xiàn)場監(jiān)控量測，將預(yù)留變形量由設(shè)計的10cm調(diào)至5cm。